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JP5954140B2 - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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JP5954140B2 JP2012261341A JP2012261341A JP5954140B2 JP 5954140 B2 JP5954140 B2 JP 5954140B2 JP 2012261341 A JP2012261341 A JP 2012261341A JP 2012261341 A JP2012261341 A JP 2012261341A JP 5954140 B2 JP5954140 B2 JP 5954140B2
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Description

この発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same.

縦型半導体装置の耐圧を高めるために、電界を緩和する終端構造が用いられ得る。終端構造としては、JTE(Junction Termination Extension)、およびFLR(Field Limiting Ring)(ガードリングとも称される)などが知られている。たとえば、Shiro Hino et al., "SiC-MOSFET structure enabling fast turn-on and -off switching", Material Science Forum, Vols. 717-720 (2012), pp. 1097-1100(非特許文献1)によれば、nチャネル二重注入MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)において、炭化珪素基板に外周pウェルが設けられている。外周pウェルはフィールド酸化膜(絶縁膜)に覆われている。   In order to increase the breakdown voltage of the vertical semiconductor device, a termination structure that relaxes the electric field can be used. Known termination structures include JTE (Junction Termination Extension), FLR (Field Limiting Ring) (also referred to as guard ring), and the like. For example, according to Shiro Hino et al., “SiC-MOSFET structure enabling fast turn-on and -off switching”, Material Science Forum, Vols. 717-720 (2012), pp. 1097-1100 (Non-Patent Document 1). For example, in an n-channel double injection MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a p-well is provided on the silicon carbide substrate. The outer peripheral p-well is covered with a field oxide film (insulating film).

Shiro Hino et al., "SiC-MOSFET structure enabling fast turn-on and -off switching", Material Science Forum, Vols. 717-720 (2012), pp. 1097-1100Shiro Hino et al., "SiC-MOSFET structure enabling fast turn-on and -off switching", Material Science Forum, Vols. 717-720 (2012), pp. 1097-1100

上記のように、終端構造において炭化珪素基板と絶縁膜との界面が形成されている。この界面に沿った電流が流れやすいほど、炭化珪素半導体装置のリーク電流が大きくなる。そこで、このようなリーク電流を低減することができる終端構造が望まれる。   As described above, the interface between the silicon carbide substrate and the insulating film is formed in the termination structure. The easier the current along this interface flows, the greater the leakage current of the silicon carbide semiconductor device. Therefore, a termination structure that can reduce such a leakage current is desired.

本発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、リーク電流を抑制することができる炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing leakage current and a method for manufacturing the same.

本発明の一の局面に従う炭化珪素半導体装置は、半導体素子が設けられている素子部と、素子部を取り囲んでいる終端部とを有するものである。炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、第1の主電極と、第2の主電極と、側壁絶縁膜とを有する。炭化珪素基板は、六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られている。炭化珪素基板は、第1の主面、および第1の主面と反対の第2の主面を有する。第1の主面は、素子部に位置する平坦面と、終端部に位置し、かつ平坦面を取り囲み、かつ第2の主面に近づくように平坦面に対して傾斜した側壁面とを有する。炭化珪素基板は、第1の導電型を有する第1の不純物領域と、第1の不純物領域上に設けられ第2の導電型を有する第2の不純物領域と、第2の不純物領域上に設けられ第2の不純物領域によって第1の不純物領域から隔てられた第3の不純物領域とを含む。第1〜第3の不純物領域の各々は平坦面上に位置する部分を有する。ゲート絶縁膜は第1の主面の平坦面上において第1および第3の不純物領域を互いにつないでいる。ゲート電極はゲート絶縁膜上に設けられている。第1の主電極は第1の主面の平坦面上において第3の不純物領域に接している。第2の主電極は第2の主面上に設けられている。側壁絶縁膜は第1の主面の側壁面を覆っている。側壁面は{000−1}面に対して50度以上80度以下傾斜している。   A silicon carbide semiconductor device according to one aspect of the present invention includes an element portion in which a semiconductor element is provided and a terminal portion surrounding the element portion. The silicon carbide semiconductor device has a silicon carbide substrate, a gate insulating film, a gate electrode, a first main electrode, a second main electrode, and a sidewall insulating film. The silicon carbide substrate is made of silicon carbide having a hexagonal single crystal structure. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. The first main surface has a flat surface located at the element portion, and a side wall surface that is located at the terminal portion, surrounds the flat surface, and is inclined with respect to the flat surface so as to approach the second main surface. . The silicon carbide substrate is provided on the first impurity region having the first conductivity type, the second impurity region having the second conductivity type provided on the first impurity region, and the second impurity region. And a third impurity region separated from the first impurity region by the second impurity region. Each of the first to third impurity regions has a portion located on a flat surface. The gate insulating film connects the first and third impurity regions to each other on the flat surface of the first main surface. The gate electrode is provided on the gate insulating film. The first main electrode is in contact with the third impurity region on the flat surface of the first main surface. The second main electrode is provided on the second main surface. The sidewall insulating film covers the sidewall surface of the first main surface. The side wall surface is inclined by 50 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the {000-1} plane.

上記一の局面に従う炭化珪素半導体装置によれば、終端部に配置された側壁面が、{000−1}面に対して50度以上80度以下傾斜している。これにより終端部において、炭化珪素基板の側壁面と側壁絶縁膜との界面における界面準位密度を低くし得る。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制される。よって、炭化珪素半導体装置のリーク電流を抑制することができる。   According to the silicon carbide semiconductor device according to the above aspect, the side wall surface disposed at the terminal end is inclined at 50 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the {000-1} plane. Thereby, the interface state density at the interface between the side wall surface of the silicon carbide substrate and the side wall insulating film can be lowered at the terminal portion. Therefore, generation of current due to the presence of the interface state is suppressed. Therefore, leakage current of the silicon carbide semiconductor device can be suppressed.

好ましくは、炭化珪素基板の第1の主面の側壁面は、面方位{0−33−8}を有する第1の面を含む。より好ましくは、炭化珪素基板の第1の主面の側壁面は第1の面を微視的に含み、側壁面はさらに、面方位{0−11−1}を有する第2の面を微視的に含む。より好ましくは、炭化珪素基板の第1の主面の側壁面の第1および第2の面は、面方位{0−11−2}を有する複合面を構成している。これにより、炭化珪素半導体装置のリーク電流をより確実に抑制することができる。   Preferably, the side wall surface of the first main surface of the silicon carbide substrate includes a first surface having a plane orientation {0-33-8}. More preferably, the side wall surface of the first main surface of the silicon carbide substrate microscopically includes the first surface, and the side wall surface further finely defines the second surface having the plane orientation {0-11-1}. Includes visually. More preferably, the first and second surfaces of the side wall surface of the first main surface of the silicon carbide substrate constitute a composite surface having a plane orientation {0-11-2}. Thereby, the leakage current of the silicon carbide semiconductor device can be more reliably suppressed.

本発明の他の局面に従う炭化珪素半導体装置は、半導体素子が設けられている素子部と、素子部を取り囲んでいる終端部とを有するものである。炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、第1の主電極と、第2の主電極と、側壁絶縁膜とを有する。炭化珪素基板は、六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られている。炭化珪素基板は、第1の主面、および第1の主面と反対の第2の主面を有する。第1の主面は、素子部に位置する平坦面と、終端部に位置し、かつ平坦面を取り囲み、かつ第2の主面に近づくように平坦面に対して傾斜した側壁面とを有する。炭化珪素基板は、第1の導電型を有する第1の不純物領域と、第1の不純物領域上に設けられ第2の導電型を有する第2の不純物領域と、第2の不純物領域上に設けられ第2の不純物領域によって第1の不純物領域から隔てられた第3の不純物領域とを含む。第1〜第3の不純物領域の各々は平坦面上に位置する部分を有する。ゲート絶縁膜は第1の主面の平坦面上において第1および第3の不純物領域を互いにつないでいる。ゲート電極はゲート絶縁膜上に設けられている。第1の主電極は第1の主面の平坦面上において第3の不純物領域に接している。第2の主電極は第2の主面上に設けられている。側壁絶縁膜は第1の主面の側壁面を覆っている。側壁面は巨視的に見て、面方位{0−33−8}、{0−11−2}、{0−11−4}および{0−11−1}のいずれかを有する。   A silicon carbide semiconductor device according to another aspect of the present invention has an element portion in which a semiconductor element is provided and a terminal portion surrounding the element portion. The silicon carbide semiconductor device has a silicon carbide substrate, a gate insulating film, a gate electrode, a first main electrode, a second main electrode, and a sidewall insulating film. The silicon carbide substrate is made of silicon carbide having a hexagonal single crystal structure. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. The first main surface has a flat surface located at the element portion, and a side wall surface that is located at the terminal portion, surrounds the flat surface, and is inclined with respect to the flat surface so as to approach the second main surface. . The silicon carbide substrate is provided on the first impurity region having the first conductivity type, the second impurity region having the second conductivity type provided on the first impurity region, and the second impurity region. And a third impurity region separated from the first impurity region by the second impurity region. Each of the first to third impurity regions has a portion located on a flat surface. The gate insulating film connects the first and third impurity regions to each other on the flat surface of the first main surface. The gate electrode is provided on the gate insulating film. The first main electrode is in contact with the third impurity region on the flat surface of the first main surface. The second main electrode is provided on the second main surface. The sidewall insulating film covers the sidewall surface of the first main surface. The side wall surface has one of the plane orientations {0-33-8}, {0-11-2}, {0-11-4} and {0-11-1} when viewed macroscopically.

上記他の局面に従う炭化珪素半導体装置によれば、終端部に配置された側壁面が、巨視的に見て、面方位{0−33−8}、{0−11−2}、{0−11−4}および{0−11−1}のいずれかを有する。これにより終端部において、炭化珪素基板の側壁面と側壁絶縁膜との界面における界面準位密度を低くし得る。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制される。よって炭化珪素半導体装置のリーク電流を抑制することができる。   According to the silicon carbide semiconductor device according to the other aspect described above, the side wall surface disposed at the terminal portion is macroscopically viewed from the plane orientation {0-33-8}, {0-11-2}, {0- 11-4} and {0-11-1}. Thereby, the interface state density at the interface between the side wall surface of the silicon carbide substrate and the side wall insulating film can be lowered at the terminal portion. Therefore, generation of current due to the presence of the interface state is suppressed. Therefore, leakage current of the silicon carbide semiconductor device can be suppressed.

好ましくは、炭化珪素基板の第1の主面の側壁面上に、第2の導電型を有し、かつ第3の不純物領域につながっている側壁不純物領域が設けられる。これにより、電界集中が緩和されることで、炭化珪素半導体装置の耐圧を高めることができる。   Preferably, a sidewall impurity region having the second conductivity type and connected to the third impurity region is provided on the sidewall surface of the first main surface of the silicon carbide substrate. Thereby, the withstand voltage of the silicon carbide semiconductor device can be increased by reducing the electric field concentration.

好ましくは、炭化珪素基板の第1の主面は、終端部において側壁面を取り囲む底面を有し、底面は、平坦面に対する側壁面の傾斜に比して平坦面に対してより小さい傾斜を有する。これにより、電界集中を緩和するための構造を終端部の底面に設けることができる。   Preferably, the first main surface of the silicon carbide substrate has a bottom surface surrounding the side wall surface at the terminal end, and the bottom surface has a smaller inclination with respect to the flat surface than the inclination of the side wall surface with respect to the flat surface. . Thereby, a structure for relaxing electric field concentration can be provided on the bottom surface of the terminal portion.

好ましくは、炭化珪素基板の第1の主面の底面上に、第2の導電型を有し、側壁面から離れ、側壁面を取り囲むガードリング領域が設けられる。これにより、電界集中が緩和されることで、炭化珪素半導体装置の耐圧を高めることができる。   Preferably, a guard ring region is provided on the bottom surface of the first main surface of the silicon carbide substrate and has the second conductivity type and is separated from the side wall surface and surrounds the side wall surface. Thereby, the withstand voltage of the silicon carbide semiconductor device can be increased by reducing the electric field concentration.

本発明の炭化珪素半導体装置の製造方法は、半導体素子が設けられている素子部と、素子部を取り囲んでいる終端部とを有する炭化珪素半導体装置の製造方法であって、次の工程を有する。六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られた炭化珪素基板が準備される。炭化珪素基板は第1の主面および第1の主面と反対の第2の主面を有する。第1の主面は、素子部に位置する平坦面と、終端部に位置し、かつ平坦面を取り囲み、かつ第2の主面に近づくように平坦面に対して傾斜した側壁面とを有する。炭化珪素基板は、第1の導電型を有する第1の不純物領域と、第1の不純物領域上に設けられ第2の導電型を有する第2の不純物領域と、第2の不純物領域上に設けられ第2の不純物領域によって第1の不純物領域から隔てられた第3の不純物領域とを含む。第1〜第3の不純物領域の各々は平坦面上に位置する部分を有する。炭化珪素基板を準備する工程は、ハロゲン元素を含有するガスを炭化珪素基板の第1の主面の一部に接触させながら炭化珪素基板を加熱することで、炭化珪素基板の第1の主面の一部をエッチングにより除去することにより、側壁面を形成する工程を含む。第1の主面の平坦面上において第1の不純物領域と第3の不純物領域とを互いにつなぐゲート絶縁膜が形成される。第1の主面の側壁面を覆う側壁絶縁膜が形成される。ゲート絶縁膜上にゲート電極が形成される。第1の主面の平坦面上において第3の不純物領域に接する第1の主電極が形成される。第2の主面上に第2の主電極が形成される。   A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device of the present invention is a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device having an element portion provided with a semiconductor element and a terminal portion surrounding the element portion, and includes the following steps: . A silicon carbide substrate made of silicon carbide having a hexagonal single crystal structure is prepared. The silicon carbide substrate has a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface. The first main surface has a flat surface located at the element portion, and a side wall surface that is located at the terminal portion, surrounds the flat surface, and is inclined with respect to the flat surface so as to approach the second main surface. . The silicon carbide substrate is provided on the first impurity region having the first conductivity type, the second impurity region having the second conductivity type provided on the first impurity region, and the second impurity region. And a third impurity region separated from the first impurity region by the second impurity region. Each of the first to third impurity regions has a portion located on a flat surface. The step of preparing the silicon carbide substrate is performed by heating the silicon carbide substrate while bringing a gas containing a halogen element into contact with a part of the first main surface of the silicon carbide substrate. A step of forming a side wall surface by removing a part of the film by etching. A gate insulating film that connects the first impurity region and the third impurity region to each other is formed on the flat surface of the first main surface. A sidewall insulating film is formed to cover the sidewall surface of the first main surface. A gate electrode is formed on the gate insulating film. A first main electrode in contact with the third impurity region is formed on the flat surface of the first main surface. A second main electrode is formed on the second main surface.

上記製造方法によれば、側壁面は熱エッチングにより形成される。熱エッチングを用いることで側壁面の面方位を、側壁面と側壁絶縁膜との界面準位の抑制に適したものとすることができる。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制される。よって炭化珪素半導体装置のリーク電流を抑制することができる。   According to the manufacturing method, the side wall surface is formed by thermal etching. By using thermal etching, the surface orientation of the side wall surface can be made suitable for suppressing the interface state between the side wall surface and the side wall insulating film. Therefore, generation of current due to the presence of the interface state is suppressed. Therefore, leakage current of the silicon carbide semiconductor device can be suppressed.

本発明によれば上述したように炭化珪素半導体装置のリーク電流を抑制することができる。   According to the present invention, the leakage current of the silicon carbide semiconductor device can be suppressed as described above.

本発明の一実施の形態における炭化珪素半導体装置の構成を概略的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device in one embodiment of the present invention. 図1の線II−IIに沿う概略的な一部断面図である。FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1. 図1の一部拡大図である。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG. 1. 図3の視野に対応する炭化珪素基板の平面図である。FIG. 4 is a plan view of a silicon carbide substrate corresponding to the visual field of FIG. 3. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第1工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 6 is a partial cross sectional view schematically showing a first step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第2工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 6 is a partial cross sectional view schematically showing a second step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第3工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 11 is a partial cross sectional view schematically showing a third step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第4工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 10 is a partial cross sectional view schematically showing a fourth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第5工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 10 is a partial cross sectional view schematically showing a fifth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第6工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing a sixth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第7工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing a seventh step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第8工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing an eighth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 図2の炭化珪素半導体装置の製造方法の第9工程を概略的に示す一部断面図である。FIG. 12 is a partial cross sectional view schematically showing a ninth step of the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device of FIG. 2. 炭化珪素半導体装置が有する炭化珪素基板の側壁面の微細構造の例を概略的に示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing roughly the example of the fine structure of the side wall surface of the silicon carbide substrate which a silicon carbide semiconductor device has. ポリタイプ4Hの六方晶における(000−1)面の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of the (000-1) plane in the hexagonal crystal of polytype 4H. 図15の線XVI−XVIに沿う(11−20)面の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of the (11-20) plane which follows the line XVI-XVI of FIG. 図14の複合面の表面近傍における結晶構造を(11−20)面内において示す図である。It is a figure which shows the crystal structure in the surface vicinity of the composite surface of FIG. 14 in (11-20) plane. 図14の複合面を(01−10)面から見た図である。It is the figure which looked at the compound surface of Drawing 14 from the (01-10) plane. 図14の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of FIG.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。また、本明細書中の結晶学的記載においては、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また、面の指数が負であることを示す際に、数字の上に”−”(バー)を付す代わりに、数字の前に負の符号を付けている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, individual planes are indicated by (), and aggregate planes are indicated by {}. In addition, in order to indicate that the index of the surface is negative, a negative sign is attached in front of the numeral instead of adding “-” (bar) above the numeral.

(炭化珪素半導体装置の構成)
図1および図2に示すように、MOSFET100(炭化珪素半導体装置)は、トランジスタ素子(半導体素子)が設けられている素子部CLと、素子部CLを取り囲んでいる終端部TMとを有するものである。MOSFET100は、エピタキシャル基板10(炭化珪素基板)と、絶縁膜21と、層間絶縁膜29と、ゲート電極30と、ソース電極31(第1の主電極)と、ドレイン電極42(第2の主電極)と、ゲートランナー50と、配線層51と、ゲートパッド59とを有する。
(Configuration of silicon carbide semiconductor device)
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, MOSFET 100 (silicon carbide semiconductor device) has an element portion CL provided with a transistor element (semiconductor element) and a termination portion TM surrounding element portion CL. is there. The MOSFET 100 includes an epitaxial substrate 10 (silicon carbide substrate), an insulating film 21, an interlayer insulating film 29, a gate electrode 30, a source electrode 31 (first main electrode), and a drain electrode 42 (second main electrode). ), A gate runner 50, a wiring layer 51, and a gate pad 59.

エピタキシャル基板10は、六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られている。単結晶構造はポリタイプ4Hを有することが好ましい。エピタキシャル基板10は、上面P1(第1の主面)および裏面P2(第1の主面と反対の第2の主面)を有する。上面P1は、平坦面FTと、側壁面STと、底面BTとを有する。平坦面FTは素子部CLに位置している。側壁面STおよび底面BTは終端部TMに位置している。側壁面STは、平坦面FTを取り囲んでおり、かつ裏面P2に近づくように平坦面FTに対して傾斜している。底面BTは、終端部TMにおいて側壁面STを取り囲んでいる。底面BTは、平坦面FTに対する側壁面STの傾斜に比して平坦面FTに対してより小さい傾斜を有する。ここで「より小さい傾斜」とは、傾斜がないこと、すなわち平行を含む概念である。よって底面BTは、図2に示すように、平坦面FTと実質的に平行であってもよい。   Epitaxial substrate 10 is made of silicon carbide having a hexagonal single crystal structure. The single crystal structure preferably has polytype 4H. Epitaxial substrate 10 has an upper surface P1 (first main surface) and a back surface P2 (second main surface opposite to the first main surface). Upper surface P1 has flat surface FT, side wall surface ST, and bottom surface BT. The flat surface FT is located in the element part CL. Side wall surface ST and bottom surface BT are located at terminal end TM. Side wall surface ST surrounds flat surface FT and is inclined with respect to flat surface FT so as to approach back surface P2. The bottom surface BT surrounds the side wall surface ST at the terminal end TM. The bottom surface BT has a smaller inclination with respect to the flat surface FT than the inclination of the side wall surface ST with respect to the flat surface FT. Here, “smaller inclination” is a concept including no inclination, that is, including parallelism. Therefore, the bottom surface BT may be substantially parallel to the flat surface FT, as shown in FIG.

上面P1の平坦面FTは{000−1}面とおおよそ平行であることが好ましい。具体的には、平坦面FTの{000−1}面に対する傾きは10度以内が好ましく、5度以内がより好ましい。   The flat surface FT of the upper surface P1 is preferably substantially parallel to the {000-1} plane. Specifically, the inclination of the flat surface FT with respect to the {000-1} plane is preferably within 10 degrees, and more preferably within 5 degrees.

上面P1の側壁面STは{000−1}面に対して50度以上80度以下傾斜している。   Side wall surface ST of upper surface P1 is inclined by 50 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the {000-1} plane.

上面P1の側壁面STは、巨視的に見て、面方位{0−33−8}、{0−11−2}、{0−11−4}および{0−11−1}のいずれかを有してもよい。なお面方位{0−33−8}は{000−1}面から54.7度のオフ角を有する。面方位{0−11−1}は{000−1}面から75.1度のオフ角を有する。よって面方位{0−33−8}、{0−11−2}、{0−11−4}および{0−11−1}は、オフ角54.7〜75.1度に対応する。オフ角について5度程度の製造誤差が想定されることを考慮すると、上面P1の側壁面STが{000−1}面に対して50度以上80度以下程度傾斜するような加工を行うことで、側壁面STの巨視的な面方位を、{0−33−8}、{0−11−2}、{0−11−4}および{0−11−1}のいずれかとしやすくなる。   The side wall surface ST of the upper surface P1 is one of the plane orientations {0-33-8}, {0-11-2}, {0-11-4}, and {0-11-1} when viewed macroscopically. You may have. The plane orientation {0-33-8} has an off angle of 54.7 degrees from the {000-1} plane. The plane orientation {0-11-1} has an off angle of 75.1 degrees from the {000-1} plane. Accordingly, the plane orientations {0-33-8}, {0-11-2}, {0-11-4}, and {0-11-1} correspond to off-angles of 54.7 to 75.1 degrees. Considering that a manufacturing error of about 5 degrees is assumed for the off angle, the side wall surface ST of the upper surface P1 is processed so as to be inclined at about 50 degrees to 80 degrees with respect to the {000-1} plane. The macroscopic orientation of the side wall surface ST is easily set to any one of {0-33-8}, {0-11-2}, {0-11-4}, and {0-11-1}.

上述したような側壁面STは、「特殊面」を有するものとしやすい。特殊面の詳細については後述する。   The side wall surface ST as described above tends to have a “special surface”. Details of the special surface will be described later.

エピタキシャル基板10は、単結晶基板19と、nドリフト領域11(第1の不純物領域)と、pボディ領域12(第2の不純物領域)と、nソース領域13(第3の不純物領域)と、JTE領域14(側壁不純物領域)と、ガードリング領域15と、フィールドストップ領域16と、pコンタクト領域17とを有する。   The epitaxial substrate 10 includes a single crystal substrate 19, an n drift region 11 (first impurity region), a p body region 12 (second impurity region), an n source region 13 (third impurity region), JTE region 14 (side wall impurity region), guard ring region 15, field stop region 16, and p contact region 17 are provided.

単結晶基板19は、n型の導電型を有する。nドリフト領域11はn型(第1の導電型)を有する。pボディ領域12は、nドリフト領域11上に設けられ、p型(第1の導電型と異なる第2の導電型)を有する。nソース領域13は、ボディ領域12上に設けられ、pボディ領域12によってnドリフト領域11から隔てられている。nドリフト領域11、pボディ領域12、nソース領域13およびpコンタクト領域17の各々は、上面P1の平坦面FT上に位置する部分を有する。pコンタクト領域17はpボディ領域12につながっている。pコンタクト領域17の不純物濃度はpボディ領域12の不純物濃度よりも高い。   Single crystal substrate 19 has n-type conductivity. N drift region 11 has n type (first conductivity type). P body region 12 is provided on n drift region 11 and has p type (second conductivity type different from the first conductivity type). N source region 13 is provided on body region 12 and is separated from n drift region 11 by p body region 12. Each of n drift region 11, p body region 12, n source region 13, and p contact region 17 has a portion located on flat surface FT of upper surface P1. The p contact region 17 is connected to the p body region 12. The impurity concentration of p contact region 17 is higher than the impurity concentration of p body region 12.

JTE領域14はp型を有する。JTE領域14は、上面P1の側壁面ST上に設けられており、pボディ領域12につながっている。JTE領域14の不純物濃度は、pボディ領域12の不純物濃度よりも低い。ガードリング領域15はp型を有する。ガードリング領域15は、エピタキシャル基板10の上面P1の底面BT上に設けられており、側壁面STから離れており、側壁面STを取り囲んでいる。フィールドストップ領域16は、n型を有し、nドリフト領域11の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する。フィールドストップ領域16は、側壁面STを取り囲んでいる。   JTE region 14 has a p-type. JTE region 14 is provided on side wall surface ST of upper surface P <b> 1 and is connected to p body region 12. The impurity concentration of JTE region 14 is lower than the impurity concentration of p body region 12. Guard ring region 15 has a p-type. The guard ring region 15 is provided on the bottom surface BT of the upper surface P1 of the epitaxial substrate 10, is separated from the side wall surface ST, and surrounds the side wall surface ST. Field stop region 16 has an n type and has an impurity concentration higher than that of n drift region 11. Field stop region 16 surrounds side wall surface ST.

絶縁膜21はゲート絶縁膜21Gおよび側壁絶縁膜21Sを有する。ゲート絶縁膜21Gは上面P1の平坦面FT上においてnドリフト領域11およびnソース領域13を互いにつないでいる。これにより平坦面FT上にチャネル面が形成されている。側壁絶縁膜21Sは上面P1の側壁面STおよび底面BTを覆っている。   The insulating film 21 includes a gate insulating film 21G and a sidewall insulating film 21S. The gate insulating film 21G connects the n drift region 11 and the n source region 13 to each other on the flat surface FT of the upper surface P1. As a result, a channel surface is formed on the flat surface FT. The side wall insulating film 21S covers the side wall surface ST and the bottom surface BT of the upper surface P1.

ゲート電極30はゲート絶縁膜21G上に設けられている。ゲートランナー50およびゲートパッド59(図1)は、ゲート電極30上に設けられており、導体から作られている。ソース電極31は、上面P1の平坦面FT上においてnソース領域13およびpコンタクト領域17に接しているオーミック電極である。配線層51は、ソース電極31および層間絶縁膜29の上に設けられている。ドレイン電極42は裏面P2上に設けられているオーミック電極である。ゲートランナー50は、ゲート電極30内の電位差を抑制するためのものである。   The gate electrode 30 is provided on the gate insulating film 21G. The gate runner 50 and the gate pad 59 (FIG. 1) are provided on the gate electrode 30 and are made of a conductor. The source electrode 31 is an ohmic electrode in contact with the n source region 13 and the p contact region 17 on the flat surface FT of the upper surface P1. The wiring layer 51 is provided on the source electrode 31 and the interlayer insulating film 29. The drain electrode 42 is an ohmic electrode provided on the back surface P2. The gate runner 50 is for suppressing a potential difference in the gate electrode 30.

図3に示すように、平面視における素子部CLと終端部TMとの境界はジグザグ形状を含んでもよい。このジグザグ形状において、素子部CLから終端部TMへ突き出た部分の角度DCは好ましくは60度である。またこのジグザグ形状において、終端部TMから素子部CLへ突き出た部分の角度DTは好ましくは60度である。60度が好ましいのは、エピタキシャル基板10が六方晶系の結晶構造を有し、この結晶構造が6回対称性を有することに起因している。図4に示すように、好ましくは、上記のジグザグ形状に沿って側壁面STが配置され、このジグザグ形状に側壁面STを介して隣り合うように底面BTが設けられている。   As shown in FIG. 3, the boundary between the element part CL and the terminal part TM in a plan view may include a zigzag shape. In this zigzag shape, the angle DC of the part protruding from the element part CL to the terminal part TM is preferably 60 degrees. In this zigzag shape, the angle DT of the portion protruding from the terminal portion TM to the element portion CL is preferably 60 degrees. 60 degrees is preferable because the epitaxial substrate 10 has a hexagonal crystal structure and this crystal structure has sixfold symmetry. As shown in FIG. 4, side wall surface ST is preferably arranged along the zigzag shape, and bottom surface BT is provided so as to be adjacent to the zigzag shape via side wall surface ST.

(炭化珪素半導体装置の製造方法)
次にMOSFET100(図2)の製造方法について説明する。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device)
Next, a method for manufacturing MOSFET 100 (FIG. 2) will be described.

図5を参照して、単結晶基板19上における炭化珪素のエピタキシャル成長によって、上面P1をなすnドリフト領域11が形成される。これにより、単結晶基板19およびnドリフト領域11を有するエピタキシャル基板10が形成される。エピタキシャル成長はCVD(Chemical Vapor Deposition)法により行われ得る。この際、キャリアガスとして水素ガスを用い得る。原料ガスとしては、たとえば、シラン(SiH4)とプロパン(C38)との混合ガスを用い得る。この際、炭化珪素にn型を付与するための不純物として、たとえば窒素(N)やリン(P)を導入することが好ましい。 Referring to FIG. 5, n drift region 11 forming upper surface P <b> 1 is formed by epitaxial growth of silicon carbide on single crystal substrate 19. Thereby, epitaxial substrate 10 having single crystal substrate 19 and n drift region 11 is formed. Epitaxial growth can be performed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. At this time, hydrogen gas may be used as the carrier gas. As the source gas, for example, a mixed gas of silane (SiH 4 ) and propane (C 3 H 8 ) can be used. At this time, for example, nitrogen (N) or phosphorus (P) is preferably introduced as an impurity for imparting n-type to silicon carbide.

次に上面P1上にマスク層71が形成される。好ましくは、マスク層71は、エピタキシャル基板10の上面P1に形成された熱酸化膜である。次にマスク層71上に、パターンを有するフォトレジスト層72が形成される。フォトレジスト層72を用いたエッチングにより、このパターンがマスク層71に転写される(図6)。   Next, a mask layer 71 is formed on the upper surface P1. Preferably, mask layer 71 is a thermal oxide film formed on upper surface P <b> 1 of epitaxial substrate 10. Next, a photoresist layer 72 having a pattern is formed on the mask layer 71. This pattern is transferred to the mask layer 71 by etching using the photoresist layer 72 (FIG. 6).

図7に示すように、上面P1上において、マスク層71を用いた熱エッチングが行われる。具体的には、ハロゲン元素を含有するガスをエピタキシャル基板10の上面P1の一部に接触させながらエピタキシャル基板10を加熱することで、エピタキシャル基板10の上面P1の一部がエッチングにより除去される。これによりエピタキシャル基板10の上面P1に側壁面STおよび底面BTが形成される。このような熱エッチングが用いられることで側壁面STには特殊面が自己形成される。熱エッチングの詳細については後述する。次にマスク層71が除去される(図8)。   As shown in FIG. 7, thermal etching using the mask layer 71 is performed on the upper surface P1. Specifically, by heating the epitaxial substrate 10 while bringing a gas containing a halogen element into contact with a part of the upper surface P1 of the epitaxial substrate 10, a part of the upper surface P1 of the epitaxial substrate 10 is removed by etching. As a result, the side wall surface ST and the bottom surface BT are formed on the upper surface P1 of the epitaxial substrate 10. By using such thermal etching, a special surface is self-formed on the side wall surface ST. Details of the thermal etching will be described later. Next, the mask layer 71 is removed (FIG. 8).

図9に示すように、pボディ領域12、nソース領域13、JTE領域14、ガードリング領域15、フィールドストップ領域16、pコンタクト領域17が、導電型不純物のイオン注入により形成される。次に、不純物を活性化するための活性化熱処理が行われる。たとえばアルゴン雰囲気中での1700℃程度の温度での30分間の加熱が行われる。   As shown in FIG. 9, a p body region 12, an n source region 13, a JTE region 14, a guard ring region 15, a field stop region 16, and a p contact region 17 are formed by ion implantation of conductive impurities. Next, an activation heat treatment for activating the impurities is performed. For example, heating is performed for 30 minutes at a temperature of about 1700 ° C. in an argon atmosphere.

図10に示すように、エピタキシャル基板10の上面P1の熱酸化によって絶縁膜21が形成される。絶縁膜21は、ゲート絶縁膜21Gとなる部分と、側壁絶縁膜21Sとなる部分とを含む。熱酸化はエピタキシャル基板10を、たとえば、空気中または酸素中で、1200℃程度の温度で、30分間程度加熱することで行われる。   As shown in FIG. 10, the insulating film 21 is formed by thermal oxidation of the upper surface P <b> 1 of the epitaxial substrate 10. The insulating film 21 includes a portion that becomes the gate insulating film 21G and a portion that becomes the sidewall insulating film 21S. Thermal oxidation is performed, for example, by heating the epitaxial substrate 10 in air or oxygen at a temperature of about 1200 ° C. for about 30 minutes.

次に窒素アニールが行われる。これにより、エピタキシャル基板10と絶縁膜21との界面から10nm以内の領域における窒素濃度の最大値が1×1021/cm3程度以上となるように窒素濃度が調整される。たとえば、一酸化窒素ガスなどの窒素を含有するガスの雰囲気中で、1100℃程度の温度で、120分間程度の加熱が行われる。この窒素アニール処理の後さらに、不活性ガス雰囲気中でアニール処理が行われてもよい。たとえば、アルゴン雰囲気中で、1100℃程度の温度で、60分間程度の加熱が行われる。これにより、高いチャネル移動度を再現性よく実現することができる。 Next, nitrogen annealing is performed. Thereby, the nitrogen concentration is adjusted so that the maximum value of the nitrogen concentration in the region within 10 nm from the interface between the epitaxial substrate 10 and the insulating film 21 is about 1 × 10 21 / cm 3 or more. For example, heating is performed for about 120 minutes at a temperature of about 1100 ° C. in an atmosphere of a nitrogen-containing gas such as nitrogen monoxide gas. After the nitrogen annealing treatment, annealing treatment may be performed in an inert gas atmosphere. For example, heating is performed for about 60 minutes at a temperature of about 1100 ° C. in an argon atmosphere. Thereby, high channel mobility can be realized with good reproducibility.

図11を参照して、ゲート絶縁膜21G上にゲート電極30が形成される。次に層間絶縁膜29が形成される。次に層間絶縁膜29上に、パターンを有するフォトレジスト層73が形成される。次にフォトレジスト層73をマスクとして用いたエッチングにより、層間絶縁膜29および絶縁膜21に開口部が形成される。次に開口部にソース電極31が形成され、またフォトレジスト層73が除去される(図12)。この際に、いわゆるリフトオフ法が用いられてもよい。またエピタキシャル基板10の裏面P2上にドレイン電極42が形成される(図13)。ソース電極31およびドレイン電極42は、熱処理によるシリサイド化によってオーミック電極とされる。   Referring to FIG. 11, gate electrode 30 is formed on gate insulating film 21G. Next, an interlayer insulating film 29 is formed. Next, a photoresist layer 73 having a pattern is formed on the interlayer insulating film 29. Next, openings are formed in the interlayer insulating film 29 and the insulating film 21 by etching using the photoresist layer 73 as a mask. Next, the source electrode 31 is formed in the opening, and the photoresist layer 73 is removed (FIG. 12). At this time, a so-called lift-off method may be used. Further, the drain electrode 42 is formed on the back surface P2 of the epitaxial substrate 10 (FIG. 13). The source electrode 31 and the drain electrode 42 are ohmic electrodes by silicidation by heat treatment.

再び図2を参照して、さらに他の構成が形成されることでMOSFET100が得られる。   Referring to FIG. 2 again, MOSFET 100 is obtained by forming another configuration.

(熱エッチング)
熱エッチングとは、エッチングされる対象を高温下でエッチングガスにさらすことによって行われるものであり、物理的エッチング作用を実質的に有しないものである。熱エッチングのプロセスガスはハロゲン元素を含有する。より好ましくはハロゲン元素は塩素またはフッ素である。具体的には、プロセスガスとして、Cl2、BCl3、CF4、およびSF6の少なくともいずれかを含有するプロセスガスを用いることができ、特にCl2を好適に用いることができる。
(Thermal etching)
Thermal etching is performed by exposing an object to be etched to an etching gas at a high temperature, and has substantially no physical etching action. The thermal etching process gas contains a halogen element. More preferably, the halogen element is chlorine or fluorine. Specifically, a process gas containing at least one of Cl 2 , BCl 3, CF 4 , and SF 6 can be used as the process gas, and in particular, Cl 2 can be preferably used.

またプロセスガスはさらに酸素ガスを含有することが好ましい。またプロセスガスはキャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスである。   The process gas preferably further contains oxygen gas. The process gas may contain a carrier gas. The carrier gas is, for example, nitrogen gas, argon gas or helium gas.

熱エッチングの熱処理温度は、好ましくは700℃以上1200℃以下である。この温度の下限は、より好ましくは800℃、さらに好ましくは900℃である。これによりエッチング速度を十分実用的な値とすることができる。またこの温度の上限は、より好ましくは1100℃、さらに好ましくは1000℃である。熱処理温度を700℃以上1000℃以下とした場合、SiCのエッチング速度はたとえば70μm/時程度になる。   The heat treatment temperature for thermal etching is preferably 700 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. The lower limit of this temperature is more preferably 800 ° C, and still more preferably 900 ° C. As a result, the etching rate can be set to a sufficiently practical value. Further, the upper limit of this temperature is more preferably 1100 ° C., still more preferably 1000 ° C. When the heat treatment temperature is set to 700 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, the etching rate of SiC is, for example, about 70 μm / hour.

(作用効果)
本実施の形態のMOSFET100によれば、終端部TMに配置された側壁面STが、{000−1}面に対して50度以上80度以下傾斜している。これにより側壁面STの面方位を、側壁面STと側壁絶縁膜21Sとの界面準位の抑制に適したものとすることができる。これにより終端部TMにおいて、エピタキシャル基板10の側壁面STと側壁絶縁膜21Sとの界面における界面準位密度を低くし得る。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制される。よって、MOSFET100のリーク電流を抑制することができる。また側壁面STを容易に「特殊面」を有するものとすることができ、この場合、リーク電流がより抑制される。側壁面STが、巨視的に見て、面方位{0−33−8}、{0−11−2}、{0−11−4}および{0−11−1}のいずれかを有する場合も、ほぼ同様である。
(Function and effect)
According to MOSFET 100 of the present embodiment, side wall surface ST arranged at termination portion TM is inclined at 50 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the {000-1} plane. Thereby, the surface orientation of the side wall surface ST can be made suitable for suppression of the interface state between the side wall surface ST and the side wall insulating film 21S. Thereby, in the termination | terminus part TM, the interface state density in the interface of side wall surface ST of the epitaxial substrate 10 and the side wall insulating film 21S can be made low. Therefore, generation of current due to the presence of the interface state is suppressed. Therefore, the leakage current of MOSFET 100 can be suppressed. Further, the side wall surface ST can easily have a “special surface”, and in this case, the leakage current is further suppressed. When side wall surface ST has a surface orientation {0-33-8}, {0-11-2}, {0-11-4}, and {0-11-1} when viewed macroscopically Is almost the same.

また上面P1の側壁面ST上にJTE領域14が設けられる。これにより、電界集中が緩和されることで、MOSFET100の耐圧を高めることができる。   A JTE region 14 is provided on the side wall surface ST of the upper surface P1. Thereby, the withstand voltage of the MOSFET 100 can be increased by reducing the electric field concentration.

また上面P1には、平坦面FTに対する側壁面の傾斜に比して平坦面FTに対してより小さい傾斜を有する底面BTが設けられる。これにより、電界集中を緩和するための構造を底面BTに容易に設けることができる。具体的には、底面BT上にガードリング領域15が設けられる。これにより、電界集中が緩和されることで、MOSFET100の耐圧を高めることができる。   Further, the upper surface P1 is provided with a bottom surface BT having a smaller inclination with respect to the flat surface FT than the inclination of the side wall surface with respect to the flat surface FT. Thereby, a structure for relaxing electric field concentration can be easily provided on the bottom surface BT. Specifically, the guard ring region 15 is provided on the bottom surface BT. Thereby, the withstand voltage of the MOSFET 100 can be increased by reducing the electric field concentration.

また側壁面STは熱エッチングにより形成される。熱エッチングを用いることで側壁面STの面方位を、側壁面STと側壁絶縁膜21Sとの界面準位の抑制に適したものとすることができる。具体的には、側壁面STに特殊面を形成することができる。よって界面準位の存在に起因した電流の生成が抑制される。よってMOSFET100のリーク電流を抑制することができる。   The side wall surface ST is formed by thermal etching. By using thermal etching, the plane orientation of the side wall surface ST can be made suitable for suppressing the interface state between the side wall surface ST and the side wall insulating film 21S. Specifically, a special surface can be formed on the side wall surface ST. Therefore, generation of current due to the presence of the interface state is suppressed. Therefore, the leakage current of MOSFET 100 can be suppressed.

(特殊面)
上面P1の側壁面STは特殊面を有することが好ましい。このような側壁面STは、図14に示すように、面方位{0−33−8}を有する面S1(第1の面)を含む。面S1は好ましくは面方位(0−33−8)を有する。より好ましくは、側壁面STは面S1を微視的に含み、側壁面STはさらに、面方位{0−11−1}を有する面S2(第2の面)を微視的に含む。ここで「微視的」とは、原子間隔の2倍程度の寸法を少なくとも考慮する程度に詳細に、ということを意味する。このように微視的な構造の観察方法としては、たとえばTEM(Transmission Electron Microscope)を用いることができる。面S2は好ましくは面方位(0−11−1)を有する。
(Special surface)
The side wall surface ST of the upper surface P1 preferably has a special surface. Such sidewall surface ST includes a surface S1 (first surface) having a plane orientation {0-33-8} as shown in FIG. The plane S1 preferably has a plane orientation (0-33-8). More preferably, the side wall surface ST microscopically includes a surface S1, and the side wall surface ST further microscopically includes a surface S2 (second surface) having a surface orientation {0-11-1}. Here, “microscopic” means that the dimensions are as detailed as at least a dimension of about twice the atomic spacing. As a microscopic structure observation method, for example, a TEM (Transmission Electron Microscope) can be used. The plane S2 preferably has a plane orientation (0-11-1).

好ましくは、側壁面STの面S1および面S2は、面方位{0−11−2}を有する複合面SRを構成している。すなわち複合面SRは、面S1およびS2が周期的に繰り返されることによって構成されている。このような周期的構造は、たとえば、TEMまたはAFM(Atomic Force Microscopy)により観察し得る。この場合、複合面SRは{000−1}面に対して巨視的に62度のオフ角を有する。ここで「巨視的」とは、原子間隔程度の寸法を有する微細構造を無視することを意味する。このように巨視的なオフ角の測定としては、たとえば、一般的なX線回折を用いた方法を用い得る。   Preferably, the surface S1 and the surface S2 of the side wall surface ST constitute a composite surface SR having a plane orientation {0-11-2}. That is, the composite surface SR is configured by periodically repeating the surfaces S1 and S2. Such a periodic structure can be observed by, for example, TEM or AFM (Atomic Force Microscopy). In this case, the composite surface SR has an off angle of 62 degrees macroscopically with respect to the {000-1} plane. Here, “macroscopic” means ignoring a fine structure having a dimension on the order of atomic spacing. As such a macroscopic off-angle measurement, for example, a general method using X-ray diffraction can be used.

好ましくは複合面SRは面方位(0−11−2)を有する。この場合、複合面SRは(000−1)面に対して巨視的に62度のオフ角を有する。好ましくは、リーク電流が流れる方向CDは、上述した周期的繰り返しが行われる方向に沿っている。方向CDは、エピタキシャル基板10の厚さ方向(図2における縦方向)を側壁面STへ射影した方向に対応する。   Preferably, composite surface SR has a plane orientation (0-11-2). In this case, the composite surface SR has an off angle of 62 degrees macroscopically with respect to the (000-1) plane. Preferably, the direction CD in which the leakage current flows is along the direction in which the above-described periodic repetition is performed. The direction CD corresponds to a direction in which the thickness direction of the epitaxial substrate 10 (the vertical direction in FIG. 2) is projected onto the side wall surface ST.

次に、複合面SRの詳細な構造について説明する。
一般に、ポリタイプ4Hの炭化珪素単結晶を(000−1)面から見ると、図15に示すように、Si原子(またはC原子)は、A層の原子(図中の実線)と、この下に位置するB層の原子(図中の破線)と、この下に位置するC層の原子(図中の一点鎖線)と、この下に位置するB層の原子(図示せず)とが繰り返し設けられている。つまり4つの層ABCBを1周期としてABCBABCBABCB・・・のような周期的な積層構造が設けられている。
Next, the detailed structure of the composite surface SR will be described.
In general, when a silicon carbide single crystal of polytype 4H is viewed from the (000-1) plane, as shown in FIG. 15, Si atoms (or C atoms) are atoms of A layer (solid line in the figure), B layer atoms (broken line in the figure) located below, C layer atoms (dotted line in the figure) located below, and B layer atoms (not shown) located below this It is provided repeatedly. That is, a periodic laminated structure such as ABCBABCBABCB... Is provided with four layers ABCB as one period.

図16に示すように、(11−20)面(図15の線XVI−XVIの断面)において、上述した1周期を構成する4つの層ABCBの各層の原子は、(0−11−2)面に完全に沿うようには配列されていない。図16においてはB層の原子の位置を通るように(0−11−2)面が示されており、この場合、A層およびC層の各々の原子は(0−11−2)面からずれていることがわかる。このため、炭化珪素単結晶の表面の巨視的な面方位、すなわち原子レベルの構造を無視した場合の面方位が(0−11−2)に限定されたとしても、この表面は、微視的には様々な構造をとり得る。   As shown in FIG. 16, in the (11-20) plane (cross section taken along line XVI-XVI in FIG. 15), atoms in each of the four layers ABCB constituting one period described above are (0-11-2). It is not arranged to be completely along the plane. In FIG. 16, the (0-11-2) plane is shown so as to pass through the position of the atoms in the B layer. You can see that it is shifted. For this reason, even if the macroscopic plane orientation of the surface of the silicon carbide single crystal, that is, the plane orientation when the atomic level structure is ignored is limited to (0-11-2), this surface is microscopic. Can take various structures.

図17に示すように、複合面SRは、面方位(0−33−8)を有する面S1と、面S1につながりかつ面S1の面方位と異なる面方位を有する面S2とが交互に設けられることによって構成されている。面S1および面S2の各々の長さは、Si原子(またはC原子)の原子間隔の2倍である。なお面S1および面S2が平均化された面は、(0−11−2)面(図16)に対応する。   As shown in FIG. 17, in the composite surface SR, a surface S1 having a surface orientation (0-33-8) and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternately provided. It is configured by being. The length of each of the surface S1 and the surface S2 is twice the atomic spacing of Si atoms (or C atoms). Note that the surface on which the surface S1 and the surface S2 are averaged corresponds to the (0-11-2) surface (FIG. 16).

図18に示すように、複合面SRを(01−10)面から見て単結晶構造は、部分的に見て立方晶と等価な構造(面S1の部分)を周期的に含んでいる。具体的には複合面SRは、上述した立方晶と等価な構造における面方位(001)を有する面S1と、面S1につながりかつ面S1の面方位と異なる面方位を有する面S2とが交互に設けられることによって構成されている。このように、立方晶と等価な構造における面方位(001)を有する面(図18においては面S1)と、この面につながりかつこの面方位と異なる面方位を有する面(図18においては面S2)とによって表面を構成することは4H以外のポリタイプにおいても可能である。ポリタイプは、たとえば6Hまたは15Rであってもよい。   As shown in FIG. 18, the single crystal structure when the composite surface SR is viewed from the (01-10) plane periodically includes a structure (part of the surface S1) equivalent to a cubic crystal when viewed partially. Specifically, in the composite surface SR, a surface S1 having a surface orientation (001) in a structure equivalent to the above-described cubic crystal and a surface S2 connected to the surface S1 and having a surface orientation different from the surface orientation of the surface S1 are alternated. It is comprised by being provided in. Thus, a plane having a plane orientation (001) in the structure equivalent to a cubic crystal (plane S1 in FIG. 18) and a plane connected to this plane and having a plane orientation different from this plane orientation (plane in FIG. 18). It is also possible for polytypes other than 4H to constitute the surface according to S2). The polytype may be 6H or 15R, for example.

図19に示すように、側壁面STは複合面SRに加えてさらに面S3(第3の面)を含んでもよい。より具体的には、面S3および複合面SRが周期的に繰り返されることによって構成された複合面SQを側壁面STが含んでもよい。周期的構造は、たとえば、TEMまたはAFMにより観察し得る。この場合、側壁面STの{000−1}面に対するオフ角は、理想的な複合面SRのオフ角である62度からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±10度の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が{0−33−8}面となる表面がある。   As shown in FIG. 19, the side wall surface ST may further include a surface S3 (third surface) in addition to the composite surface SR. More specifically, the side wall surface ST may include a composite surface SQ configured by periodically repeating the surface S3 and the composite surface SR. The periodic structure can be observed, for example, by TEM or AFM. In this case, the off angle of the side wall surface ST with respect to the {000-1} plane deviates from 62 degrees that is the ideal off angle of the composite surface SR. This deviation is preferably small, and preferably within a range of ± 10 degrees. As a surface included in such an angle range, for example, there is a surface whose macroscopic plane orientation is a {0-33-8} plane.

より好ましくは、側壁面STの(000−1)面に対するオフ角は、理想的な複合面SRのオフ角である62度からずれる。このずれは小さいことが好ましく、±10度の範囲内であることが好ましい。このような角度範囲に含まれる表面としては、たとえば、巨視的な面方位が(0−33−8)面となる表面がある。   More preferably, the off angle of the side wall surface ST with respect to the (000-1) plane deviates from 62 degrees that is the ideal off angle of the composite surface SR. This deviation is preferably small, and preferably within a range of ± 10 degrees. As a surface included in such an angle range, for example, there is a surface whose macroscopic plane orientation is a (0-33-8) plane.

(付記)
ゲート絶縁膜と側壁絶縁膜とは、同時ではなく別個に形成されてもよい。炭化珪素半導体装置のチャネル型はpチャネル型であってもよく、この場合、上述した実施の形態においてp型とn型とが入れ替えられた構成を用いることができる。炭化珪素半導体装置は、MOSFET以外のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)であってもよく、またMISFET以外のものであってもよい。MISFET以外の炭化珪素半導体装置としては、たとえばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)がある。
(Appendix)
The gate insulating film and the sidewall insulating film may be formed separately rather than simultaneously. The channel type of the silicon carbide semiconductor device may be a p-channel type. In this case, a configuration in which the p-type and the n-type are replaced in the above-described embodiment can be used. The silicon carbide semiconductor device may be a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) other than the MOSFET, or may be other than the MISFET. As a silicon carbide semiconductor device other than the MISFET, there is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の特許請求の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the claims of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10 エピタキシャル基板(炭化珪素基板)、11 nドリフト領域(第1の不純物領域)、12 pボディ領域(第2の不純物領域)、13 nソース領域(第3の不純物領域)、14 JTE領域(側壁不純物領域)、15 ガードリング領域、16 フィールドストップ領域、17 pコンタクト領域、19 単結晶基板、21 絶縁膜、21G ゲート絶縁膜、21S 側壁絶縁膜、29 層間絶縁膜、30 ゲート電極、31 ソース電極(第1の主電極)、42 ドレイン電極(第2の主電極)、50 ゲートランナー、51 配線層、59 ゲートパッド、71 マスク層、72,73 フォトレジスト層、100 MOSFET(炭化珪素半導体装置)、BT 底面、CL 素子部、FT 平坦面、P1 上面(第1の主面)、P2 裏面(第2の主面)、S1 面(第1の面)、S2 面(第2の面)、SQ,SR 複合面、ST 側壁面、TM 終端部。   10 epitaxial substrate (silicon carbide substrate), 11 n drift region (first impurity region), 12 p body region (second impurity region), 13 n source region (third impurity region), 14 JTE region (side wall) Impurity region), 15 guard ring region, 16 field stop region, 17 p contact region, 19 single crystal substrate, 21 insulating film, 21G gate insulating film, 21S side wall insulating film, 29 interlayer insulating film, 30 gate electrode, 31 source electrode (First main electrode), 42 drain electrode (second main electrode), 50 gate runner, 51 wiring layer, 59 gate pad, 71 mask layer, 72, 73 photoresist layer, 100 MOSFET (silicon carbide semiconductor device) , BT bottom surface, CL element portion, FT flat surface, P1 top surface (first main surface), P2 back surface (first Of the main surface), S1 surface (first surface), S2 surface (second surface), SQ, SR complex surface, ST side wall surface, TM termination.

Claims (5)

半導体素子が設けられている素子部と、前記素子部を取り囲んでいる終端部とを有する炭化珪素半導体装置であって、
六方晶系の単結晶構造を有する炭化珪素から作られた炭化珪素基板を備え、前記炭化珪素基板は第1の主面および前記第1の主面と反対の第2の主面を有し、前記第1の主面は、前記素子部に位置する平坦面と、前記終端部に位置し、かつ前記平坦面を取り囲み、かつ前記第2の主面に近づくように前記平坦面に対して傾斜した側壁面とを有し、前記炭化珪素基板は、第1の導電型を有する第1の不純物領域と、前記第1の不純物領域上に設けられ第2の導電型を有する第2の不純物領域と、前記第2の不純物領域上に設けられ前記第2の不純物領域によって前記第1の不純物領域から隔てられた第3の不純物領域とを含み、前記第1〜第3の不純物領域の各々は前記平坦面上に位置する部分を有し、さらに
前記第1の主面の前記平坦面上において前記第1および第3の不純物領域を互いにつなぐゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記第1の主面の前記平坦面上において前記第3の不純物領域に接する第1の主電極と、
前記第2の主面上に設けられた第2の主電極と、
前記第1の主面の前記側壁面を覆う側壁絶縁膜とを備え、前記側壁面は{000−1}面に対して50度以上80度以下傾斜し、
前記炭化珪素基板の前記第1の主面の前記側壁面は、面方位{0−33−8}を有する第1の面を含み、
前記炭化珪素基板の前記第1の主面の前記側壁面は前記第1の面を微視的に含み、前記側壁面はさらに、面方位{0−11−1}を有する第2の面を微視的に含む、炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide semiconductor device having an element portion in which a semiconductor element is provided and a terminal portion surrounding the element portion,
A silicon carbide substrate made of silicon carbide having a hexagonal single crystal structure, the silicon carbide substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface; The first main surface is inclined with respect to the flat surface so as to be close to the flat surface located in the element portion and the terminal portion, and surround the flat surface and approach the second main surface. The silicon carbide substrate includes a first impurity region having a first conductivity type, and a second impurity region having a second conductivity type provided on the first impurity region. And a third impurity region provided on the second impurity region and separated from the first impurity region by the second impurity region, and each of the first to third impurity regions includes: A portion located on the flat surface, and further on the flat surface of the first main surface. A gate insulating film connecting the first and third impurity regions to each other;
A gate electrode provided on the gate insulating film;
A first main electrode in contact with the third impurity region on the flat surface of the first main surface;
A second main electrode provided on the second main surface;
A sidewall insulating film that covers the sidewall surface of the first main surface, and the sidewall surface is inclined by 50 degrees or more and 80 degrees or less with respect to the {000-1} plane,
The side wall surface of the first main surface of the silicon carbide substrate includes a first surface having a plane orientation {0-33-8},
The side wall surface of the first main surface of the silicon carbide substrate microscopically includes the first surface, and the side wall surface further includes a second surface having a plane orientation {0-11-1}. A silicon carbide semiconductor device microscopically included.
前記炭化珪素基板の前記第1の主面の前記側壁面の前記第1および第2の面は、面方位{0−11−2}を有する複合面を構成している、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。   The said 1st and 2nd surface of the said side wall surface of the said 1st main surface of the said silicon carbide substrate comprises the compound surface which has a surface orientation {0-11-2}. Silicon carbide semiconductor device. 前記炭化珪素基板の前記第1の主面の前記側壁面上に、前記第2の導電型を有し、かつ前記第2の不純物領域につながっている側壁不純物領域が設けられている、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。 The sidewall impurity region having the second conductivity type and connected to the second impurity region is provided on the sidewall surface of the first main surface of the silicon carbide substrate. the silicon carbide semiconductor device according to 1 or claim 2. 前記炭化珪素基板の前記第1の主面は、前記終端部において前記側壁面を取り囲む底面を有し、前記底面は、前記平坦面に対する前記側壁面の傾斜に比して前記平坦面に対してより小さい傾斜を有する、請求項1〜請求項のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 The first main surface of the silicon carbide substrate has a bottom surface that surrounds the side wall surface at the terminal portion, and the bottom surface is in relation to the flat surface as compared to an inclination of the side wall surface with respect to the flat surface. The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the silicon carbide semiconductor device has a smaller inclination. 前記炭化珪素基板の前記第1の主面の前記底面上に、前記第2の導電型を有し、前記側壁面から離れ、前記側壁面を取り囲むガードリング領域が設けられている、請求項に記載の炭化珪素半導体装置。 On the bottom surface of the first main surface of the silicon carbide substrate, having said second conductivity type, spaced from said side wall, a guard ring region surrounding the side wall is provided, according to claim 4 The silicon carbide semiconductor device described in 1.
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